Токсин из яда осы превратили в эффективный антибиотик
Яд таких насекомых как осы или пчелы содержит множество бактерицидных компонентов. К сожалению, многие из них токсичны не только для микроорганизмов, но и для людей, поэтому использовать их в качестве антибиотиков проблематично. Ученые из Массачусетского технологического института, модифицировав один из компонентов яда южно-американской осы, получили нетоксичный высокоактивный антимикробный пептид
Антимикробные пептиды синтезируют многие организмы, и в настоящее время их активно изучают как потенциальные средства борьбы с антибиотикорезистентными бактериями.
Читайте также: Смогут ли антимикробные пептиды заменить антибиотики?
Авторы статьи, опубликованной* в Nature Communications Biology, досконально изучили структуру и функции одного из пептидов яда южно-американской осы Polybia paulista и научились изменять его физико-химические свойства и активность.
Этот пептид, известный в литературе под названием Pol-CP-NH2, состоит всего из 12 аминокислотных остатков. Как и другие антимикробные пептиды, Pol-CP-NH2 из осиного яда содержит характерный альфа-спиральный участок и убивает бактерии путем разрушения их клеточной мембраны. В своем оригинальном варианте он демонстрирует слабую активность против грамотрицательных бактерий, более высокую активность против грамположительных бактерий и токсичность в отношении клеток человека. Авторы предполагали, что слабая активность против грамотрицательных бактерий обусловлена низким содержанием альфа-спиральной структуры в сравнении с другими пептидами осиного яда и буквально одним аминокислотным остатком, не характерным для родственных антимикробных пептидов.
С помощью целенаправленных аминокислотных замен авторы изучили влияние каждого остатка на антимикробную активность и токсичность пептида Pol-CP-NH2.
На первом этапе ученые создали множество вариантов оригинального пептида и исследовали, как изменения аминокислотной последовательности влияют на гидрофобность и пространственную структуру пептида, его способность взаимодействовать с бактериальной мембраной. Они также протестировали весь набор пептидов против семи штаммов бактерий и двух штаммов грибов, чтобы отследить связь между структурой пептида и его антимикробным потенциалом.
Основываясь на полученных структурно-функциональных данных, авторы синтезировали следующую порцию пептидов, которые имели строго определенный процент альфа-спиральной структуры и гидрофобных аминокислот.
Протестировав пептиды на культурах клеток человека, авторы отобрали наименее токсичные варианты и использовали их в экспериментах на мышах для лечения инфекции Pseudomonas aeruginosa. Все пептиды угнетали инфекционный процесс, а один за 4 дня полностью уничтожил патогенную бактерию.
В настоящее время авторы продолжают создавать и тестировать новые варианты антимикробного пептида Pol-CP-NH2, которые могли бы устранить инфекцию при использовании в более низких концентрациях.
Авторы полагают, что их стратегия дизайна нетоксичных антимикробных пептидов может быть использована на других природных биополимерах.
Читайте также: Антитела против бактерий: старая идея, новые технологии
* Torres MDT, Pedron CN, Higashikuni Y et al. Structure-function-guided exploration of the antimicrobial peptide polybia-CP identifies activity determinants and generates synthetic therapeutic candidates // Communications Biology, 2018, 1: 221. doi: 10.1038/s42003-018-0224-2 DO.
